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引言 GNU免費(fèi)提供了一整套工具鏈，為嵌入式Linux程序的開發(fā)和調(diào)試提供了完整的支持。其強(qiáng)大的gdb調(diào)試工具可以方便地對嵌入式平臺上的程序進(jìn)行跟蹤調(diào)試；而Linux下強(qiáng)悍的VIM編輯器，不僅可以方便地調(diào)用make文件對代碼進(jìn)行編譯，而且通過腳本的配置還可輕松地成為高效的代碼編輯環(huán)境。流傳著這樣一種說法，“世界上的程序員分三種，一種使用Emacs，一種使用VIM，剩余的是其他。”不去辯論這句話的對與錯(cuò)，單純從字面意義上來理解，也足見VIM的魅力了。因此，在VIM中實(shí)現(xiàn)對嵌入式軟件的調(diào)試，我們便得到了一個(gè)高效、穩(wěn)定的嵌入式Linux的開發(fā)環(huán)境。 1 gdb對嵌入式軟件的調(diào)試模式 許多非Linux的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在使用gdb與gdbstub對目標(biāo)板進(jìn)行遠(yuǎn)程“交叉調(diào)試”；然而，因?yàn)長inux內(nèi)核實(shí)現(xiàn)了ptrace()系統(tǒng)調(diào)用，所以在對嵌入式應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)試的時(shí)候并不需要gdb stub，而采用gdb套件提供的gdb服務(wù)器來對目標(biāo)板上的嵌入式應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)試。 目標(biāo)板上的gdb服務(wù)端gdbserver與主機(jī)上的gdb調(diào)試器的通信方式主要有兩種：使用串口通信的“交叉串行連接”和使用網(wǎng)口的“TCP／IP” 聯(lián)機(jī)。鑒于PC端的方便性以及串口資源有限，尤其是現(xiàn)在的筆記本電腦甚至已經(jīng)不存在串口，所以，大多采用TCP／IP方式，即PC主機(jī)與目標(biāo)板通過網(wǎng)線直連或者PC機(jī)與目標(biāo)板通過路由或者h(yuǎn)ub等組成局域網(wǎng)通信。這種調(diào)試模式如圖1所示。 
2 在VIM中實(shí)現(xiàn)對嵌入式軟件的調(diào)試 我們知道，gdb的功能雖然強(qiáng)大，但由于其基于命令行的操作，所以調(diào)試過程不直觀，而且Windows下的調(diào)試環(huán)境集調(diào)試與代碼編輯為一體，當(dāng)出現(xiàn) bug的時(shí)候，可以方便地對源代碼進(jìn)行修改，相比而言，gdb在這方面又有失色。既然VIM和gdb的功能如此強(qiáng)大，又完全免費(fèi)，而且完全適合嵌入式這種特殊的開發(fā)模式，那么有沒有將二者強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的方法呢?有，那就是vimgdb。 vimgdb是給VIM提供一個(gè)可選特性的補(bǔ)丁。它可以在VIM編輯器里提供完整的gdb調(diào)試器支持，比如設(shè)置斷點(diǎn)、查看變量值、gdb命令補(bǔ)全等等，并且這些操作可以在VIM中直觀地顯示出來。下面闡述在VIM中實(shí)現(xiàn)時(shí)嵌入式軟件調(diào)試的具體過程。 2．1 系統(tǒng)環(huán)境及所用軟件包版本 PC操作系統(tǒng)：Ubuntu8．10。 PC編譯器：GNU gcc4．3．1。 PC調(diào)試器：GNU gdb6．8。 目標(biāo)板Linux內(nèi)核：2．6．13。 目標(biāo)板CPU：S3C2440(ARM9架構(gòu))。 交叉編譯器：arm—linux—gcc3．4．1。 交叉調(diào)試器：自編譯GNU gdb6．8。 目標(biāo)板gdb服務(wù)端：自編譯GNU gdbserver6．8。 跨平臺開發(fā)工具路徑：～／build-tools／arm—linux，且已經(jīng)設(shè)置好系統(tǒng)路徑變量。 測試代碼及程序路徑：～/test，包含程序代碼test．c及Makefile。 所用軟件包存放路徑：～／down。 所用軟件包：VIM編輯器源碼vim一7．1．tar．bz2、vimgdb71-1．13．tar．gz、GNU gdb源碼gdb-6．8．tar．bz2。 2．2 對VIM源碼打vimgdb補(bǔ)丁并編譯安裝 ①運(yùn)行下面的命令，解壓VIM源碼及vimgdb補(bǔ)丁文件，并對VIM源碼打補(bǔ)丁：
執(zhí)行完上述操作后，VIM將會被安裝在／usr／local路徑下。如果想修改安裝路徑，可在上述的編澤安裝前，打開～／down／vim71／src／Makefile文件的862行安裝路徑選項(xiàng)并修改。如將VIM安裝在／usr路徑下，則將 862#prefix=$(HOME)修改為862 prefix=／usr。 ③安裝vimgdb的runtime文件，運(yùn)行下面的命令： ca～/down/vimgdb tar zxfv vimgdb_runtime．tgz—C／usr／share／vim／vimfiles 2．3 建立交叉調(diào)試嵌入式軟件的gdb組件 ①編譯嵌入式gdh調(diào)試器服務(wù)端gdbserver，運(yùn)行如下的命令：
將當(dāng)前目錄下的gdbserver拷貝到目標(biāo)板文件系統(tǒng)的/bin目錄下，以備交叉調(diào)試用。 ②編譯安裝交叉調(diào)試器gdb，運(yùn)行如下命令：
注意，這里的prefix的值必須填寫絕對路徑，而不能用“～”來替代用戶路徑／home／popeye，否則會提示prefix路徑賦值錯(cuò)誤。然后運(yùn)行： make 這個(gè)過程中，可能會出現(xiàn)圖2所示的錯(cuò)誤。 出現(xiàn)這種情況的原因是，編譯規(guī)則中選擇了警告選項(xiàng)“-Werror”。它會將所有的警告轉(zhuǎn)變?yōu)殄e(cuò)誤，而且出現(xiàn)的有關(guān)“getwd”函數(shù)的提示信息表明，這里編譯器檢測到的應(yīng)該是一個(gè)“警告”，而不是真正的語法錯(cuò)誤。所以，需改正編譯選項(xiàng)： cd～／down／gdb一6．8／gdb gedit Makefile 注意，此處的MaKefile是在執(zhí)行完上述的make命令后才產(chǎn)生的，在最初的代碼包里不含有這個(gè)文件。對文什的145行進(jìn)行修改，去掉 WERROR_CFLAGS的賦值，即
2．4 在VIM中實(shí)現(xiàn)對嵌入式軟件調(diào)試前的準(zhǔn)備 在嵌入式軟件開發(fā)過程中的習(xí)慣做法是：首先，在PC機(jī)上編譯調(diào)試程序，如果在PC機(jī)上運(yùn)行正常，再進(jìn)行交叉編澤。然后，將軟件移植到目標(biāo)板上，如果在目標(biāo)板上出現(xiàn)bug，再用交叉調(diào)試器arm—linux—gdb進(jìn)行調(diào)試。 簡而占之，對嵌入式軟件的調(diào)試過程包含兩個(gè)部分：PC機(jī)上調(diào)試部分和嵌入式平臺上的凋試部分。在這個(gè)過程中，可能既用到PC機(jī)上的調(diào)試器gdb，又用到交叉調(diào)試器arm—linux—gdb，而對應(yīng)的是同一個(gè)源代碼程序和運(yùn)行在不同平臺上的兩個(gè)可執(zhí)行程序。同時(shí)涉及兩個(gè)調(diào)試器轉(zhuǎn)換的問題，但 vimgdb只能對寧符串為“gdb”的系統(tǒng)命令進(jìn)行調(diào)用。下面，將這個(gè)比較困難的問題簡單化： ①編輯適用的Makefile，控制生成對應(yīng)不同平臺的可執(zhí)行程序： cd～／test 其中，test．c為實(shí)驗(yàn)代碼，Makefile為編譯規(guī)則，我們簡單編寫Makefile的內(nèi)容為：
當(dāng)執(zhí)行“make test—pc”命令時(shí)，就會生成可運(yùn)行在PC機(jī)上的可執(zhí)行程序；執(zhí)行“make test一em”則生成可運(yùn)行在嵌入式目標(biāo)板上的可執(zhí)行程序。 ②修改vimgdb的快捷鍵映射腳本，在VIM中實(shí)現(xiàn)PC調(diào)試器與交叉調(diào)試器的輕松切換。 首先，針對vimgdb只能對字符串為“gdb”的系統(tǒng)命令進(jìn)行調(diào)用，做如下的工作：
其次，編輯文件／etc／vim／macros／gdb_mappings．vim。主要修改和添加的部分為： a．添加調(diào)試器轉(zhuǎn)換函數(shù)，并設(shè)置轉(zhuǎn)換開關(guān)為大寫“E”鍵(Shift+E實(shí)現(xiàn))：
即在進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)后，屏蔽掉調(diào)試器轉(zhuǎn)換快捷鍵E，并設(shè)置快捷鍵F8來顯示變量值監(jiān)測窗口。
即在退出調(diào)試狀態(tài)后，還原gdb命令為gdb—pc的調(diào)用，并還原“E”的調(diào)試器轉(zhuǎn)換開關(guān)作用。
使得啟動vim后，便會在vim中啟動對gdb進(jìn)行調(diào)用的快捷鍵映射。 至于在gdb_mappings．vim中具體設(shè)定的其他快捷鍵，由讀者自己分析或設(shè)定即可。 2．5 在VIM中對嵌入式軟件進(jìn)行調(diào)試 下面設(shè)定目標(biāo)板上的嵌入式軟件調(diào)試時(shí)所用的快捷鍵：E為調(diào)試器轉(zhuǎn)換開關(guān)；F9為進(jìn)入調(diào)試模式；F8為開啟變量監(jiān)視窗口；空格鍵為開啟命令行輸入窗口；調(diào)試模式為PC通過超級終端對嵌入式目標(biāo)板進(jìn)行輸入輸出，Ubuntu8．10通過TCP／IP方式對嵌入式軟件進(jìn)行調(diào)試；PC機(jī)Linux IP為222．31．51．147；目標(biāo)板IP為222．31．51．180；調(diào)試連接端口為1234。 ①用VIM打開～／test／test．c，運(yùn)行命令“：make test—em”，將生成的test—em文件拷貝到嵌入式平臺的文件系統(tǒng)下，并在嵌入式平臺運(yùn)行命令，指定等待連接的交叉調(diào)試器地址、連接端口以及要調(diào)試的嵌入式程序： gdbserver 222．31．5l.147：1234 test—em 嵌入式端會出現(xiàn)如下的類似提示信息，進(jìn)入等待連接狀態(tài)： Process test—em created：pid=80l Listening on port 1234 ②按下大寫“E”鍵(Shift+按鍵E)，根據(jù)VIM窗口下方的提示信息，確定所選調(diào)試器。 提示信息為“NOW! Gdb is ready for Embedded Sys—tem!!!”或者“Gdb is ready for PC，，Now”。 ③按下F9，在出現(xiàn)的命令窗口輸入命令“file test—em”后，會在VIM中的另一個(gè)窗口出現(xiàn)以下類似的調(diào)試信息：
可以發(fā)現(xiàn)，在VIM中已經(jīng)成功調(diào)用交叉調(diào)試器arm—linux—gdb了。以后的調(diào)試命令，都是通過先按下空格鍵，調(diào)出命令窗口，輸入命令，回車后傳遞給調(diào)試器。按下空格，在命令窗口輸入命令，連接嵌入式目標(biāo)板端： target remote 222．31．51．180：1234 此時(shí)，VIM中的調(diào)試信息窗口出現(xiàn)信息：
至此，PC交叉調(diào)試器與嵌入式軟件的連接完成，現(xiàn)在可以在VIM中對程序運(yùn)行進(jìn)行例如斷點(diǎn)一類的設(shè)置動作；而嵌入式軟件的輸入輸出，需要在嵌入式端來完成。這里先通過命令對代碼設(shè)置斷點(diǎn)，然后用命令continue繼續(xù)程序運(yùn)行(注意，這里不用run開始，因?yàn)楫?dāng)調(diào)試器與嵌入式端連接完成時(shí)，被調(diào)試的嵌入式軟件已經(jīng)開始運(yùn)行)，用命令next對程序?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)調(diào)試。調(diào)試過程中的VIM如圖3所示。
圖中測試代碼要實(shí)現(xiàn)的是讓用戶輸入5個(gè)數(shù)，然后經(jīng)過排序后輸出。對應(yīng)的輸入輸出在嵌入式端體現(xiàn)出來。對應(yīng)圖3，此時(shí)在嵌入式端需要進(jìn)行輸入動作：
從圖3中可以直觀地看清斷點(diǎn)設(shè)置在哪里，程序現(xiàn)在步進(jìn)到哪里。當(dāng)程序第一次運(yùn)行到圖3中的17行時(shí)，按下F8鍵，開啟變量值觀測窗口，然后先后執(zhí)行 3個(gè)命令“cr i”、“cr j”、“cr a”，這樣，就可以在變量觀測窗口實(shí)時(shí)地監(jiān)測變量的數(shù)值了，如圖4所示。
這種調(diào)試方式提供對gdb所有命令功能的支持，而且當(dāng)發(fā)現(xiàn)bug時(shí)，可以通過q命令終止調(diào)試，然后按F9跳出調(diào)試模式，就可以繼續(xù)對源代碼進(jìn)行修改。 至于在這之前的嵌入式軟件在本地PC機(jī)上的調(diào)試，其過程比起調(diào)試運(yùn)行在嵌入式設(shè)備上的軟件來講，只少了個(gè)遠(yuǎn)程連接的過程，其余調(diào)試過程都一樣。至此，實(shí)現(xiàn)了在VIM中對嵌入式軟件的調(diào)試。 結(jié)語 嵌入式Linux系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，對嵌入式軟件開發(fā)和調(diào)試環(huán)境的效率提出了更高的要求。GNU所提供的支持交叉編譯與調(diào)試的工具鏈?zhǔn)且粋�(gè)很好的選擇，尤其是其中的gdb調(diào)試工具完全滿足嵌入式軟件“交叉編譯”的這種特殊需要；而且，功能強(qiáng)大的VIM編輯器又可實(shí)現(xiàn)對gdb調(diào)試器的整合，從而在VIM中實(shí)現(xiàn)了對嵌入式軟件的調(diào)試功能。通過上面的實(shí)例可以看到，在VIM中對嵌入式軟件進(jìn)行調(diào)試更加直觀和高效，從而也促使嵌入式軟件的開發(fā)效率得到了質(zhì)的提高。 參考文獻(xiàn) 1. 孫潔.郭曉.趙文棟 一種開源嵌入式Linux集成開發(fā)環(huán)境定制 [期刊論文] -電子工程師2007(4) 2. 鄭靈翔 嵌入式Linux系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2008 3. 許信順.賈智平 嵌入式Linux應(yīng)用編程 2007 4. Karim Yanghmour Building Embedded Linux Systems 2008 5. 郭勝超.呂強(qiáng).楊季文.錢培德 GDB 遠(yuǎn)程調(diào)試及其在嵌入式Linux系統(tǒng)中的應(yīng)用 [期刊論文] -計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)2004(10) 6. Kurt Wall Linux Programming 2002 7. 李獻(xiàn)霞.孟小鎖 嵌入式系統(tǒng)源碼調(diào)試器GDB的遠(yuǎn)程通信 [期刊論文] -微處理機(jī)2006(1) 作者：中北大學(xué) 何景波 孫運(yùn)強(qiáng) 姚愛琴 來源：單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 2009 (3) |
